将 unsigned char 数组解释为 bool 数组

Question

考虑以下代码。没问题还是会导致未定义的行为？

#include <iostream>

int main()
{
    {
        unsigned char binary[] = {0, 5, 10};
        bool* x = reinterpret_cast<bool*>(&binary[0]);

        for (unsigned int i = 0; i < 3; ++i)
        {
            std::cout << (x[i] ? 1 : 0) << " ";
        }
    }

    {
        unsigned char b = 255;
        bool* x = reinterpret_cast<bool*>(&b);
        std::cout << (*x ? 1 : 0) << std::endl;
    }

    return 0;
}

使用 gcc 4.6 到 4.8 编译时的输出是

0 5 10 1

但仅限于优化（-O1 等）。 Clang 结果

0 1 1 1

即使有优化。 现在如果将y[i] ? 1 : 0 更改为y[i] ? 2 : 1 gcc 结果是

1 2 2 1.

有什么想法，或者只是因为演员阵容而导致的未定义行为？

Answer 1

标准不保证bool 与char 完全兼容（即不保证它们具有相同的大小或对齐方式），说：

bool 类型的值要么是 true 要么是 false。

§3.9.1 [basic.fundamental]

它还说：

以本国际标准描述为“未定义”的方式使用bool 值，例如通过检查未初始化的自动对象的值，可能会导致其表现得既不是true 也不是false .

脚注 47 (N3337)

因此，您处于未定义行为的领域。

请注意，由于该标准并未对bool 做出例外规定，因此适用以下规则：

如果程序尝试通过以下类型之一以外的左值访问对象的存储值，则行为未定义：

——对象的动态类型，

——对象动态类型的 cv 限定版本，

——与对象的动态类型类似（定义见 4.4）的类型，

——对象的动态类型对应的有符号或无符号类型，

— 有符号或无符号类型，对应于对象动态类型的 cv 限定版本，

— 一种聚合或联合类型，在其元素或非静态数据成员（递归地包括子聚合或包含联合的元素或非静态数据成员）中包含上述类型之一，

——对象的动态类型的（可能是 cv 限定的）基类类型，

— char 或 unsigned char 类型。

§3.10 [basic.lval]

在这种情况下，对象的类型是 unsigned char，因此尝试通过 bool 左值（通过取消引用 bool * 获得）访问它们会导致 UB。

Answer 2

这违反了strict aliasing rule，我会引用我的回答here：

严格的别名规则使得访问对象是非法的 通过不同类型的指针，尽管通过 char 访问 * 被允许。允许编译器假设不同类型的指针不指向同一个内存并优化 因此。这也意味着代码调用了未定义的行为和 真的可以做任何事。

标准草案在3.10左值和右值第10段中涵盖了这一点：

如果程序尝试通过以下方式访问对象的存储值 行为是以下类型之一以外的泛左值 未定义：⁵²

——对象的动态类型，

——对象动态类型的 cv 限定版本，

——与对象的动态类型类似（定义见 4.4）的类型，

——对象的动态类型对应的有符号或无符号类型，

— 有符号或无符号类型，对应于动态类型的 cv 限定版本 对象，

— 在其元素中包含上述类型之一的聚合或联合类型或非静态类型 数据成员（递归地包括子聚合的元素或非静态数据成员） 或包含联合），

——对象的动态类型的（可能是 cv 限定的）基类类型，

— char 或 unsigned char 类型。

如果这不是问题，则不清楚，尝试将 bool 解释为 char 甚至是有效的，3.9.1 部分 基本类型 说：

bool 类型的值要么是真要么是假。[...]

脚注 47 说：

以本国际标准描述为“未定义”的方式使用布尔值，例如通过检查 未初始化的自动对象，可能会导致其表现得既不是真也不是假。